CN205725554U

CN205725554U - 基于矩阵变换器的永磁同步电机驱动系统

Info

Publication number: CN205725554U
Application number: CN201620149232.8U
Authority: CN
Inventors: 朱金荣; 夏长权; 陈卫峰; 陆文峰
Original assignee: Yangzhou Hanlong Electric Co Ltd
Current assignee: Yangzhou Hanlong Electric Co Ltd
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2016-11-23
Anticipated expiration: 2026-02-26

Abstract

基于矩阵变换器的永磁同步电机驱动系统包括交流电源、软启动模块、Z源矩阵变换器、永磁同步电机、控制模块、信号采集模块和隔离驱动模块，交流电源经过软启动模块后接入Z源矩阵变换器，最后输出至永磁同步电机；信号采集模块从永磁同步电机采集到电压、电流、转速信号反馈到控制模块；控制模块分析采集到的电压、电流、转速信号通过隔离驱动模块控制Z源矩阵变换器，形成一个闭环结构；由于加入了软启动模块，将接通电源时的瞬时电压对系统的损害降到了最低，保障了系统的使用寿命以及安全性；采用了以Z源网络为核心的Z源矩阵变换器作为整个系统的逆变部分，解决了传统的智能功率模块以及普通矩阵变换器的电压传输效率不够的问题。

Description

基于矩阵变换器的永磁同步电机驱动系统

技术领域

本实用新型属于电机驱动领域，尤其涉及一种基于矩阵变换器的永磁同步电机驱动系统。

背景技术

随着电机技术的不断进步，由于功率密度和效率上比其它的电机要高，所以永磁同步电机逐渐成为了众多领域的首选，目前，永磁同步电机驱动系统的结构一般采用智能功率模块作为逆变模块，智能功率模块虽然能减小整个系统的体积、稳定性也高，但是电压的传输效率一直上不来；另外由于永磁同步电机启动电压比较高，长期使用容易造成系统损坏。

实用新型内容

本实用新型旨在解决上述难题，提出电动汽车用基于矩阵变换器的永磁同步电机驱动系统。

基于矩阵变换器的永磁同步电机驱动系统，它包括交流电源、软启动模块、Z源矩阵变换器、永磁同步电机、控制模块、信号采集模块和隔离驱动模块；

交流电源经过软启动模块后接入Z源矩阵变换器，最后输出至永磁同步电机，信号采集模块从永磁同步电机采集到电压、电流、转速信号反馈到控制模块，控制模块分析采集到的电压、电流、转速信号通过隔离驱动模块控制Z源矩阵变换器，形成一个闭环结构。

Z源矩阵变换器由整流级、Z源网络与逆变级依次连接而成，整流级由6个双向开关构成，第一开关S_ap与第二开关S_an并联连接于三相电源的第一相U_a，第三开关S_bp与第四开关S_bn并联连接于三相电源的第二相U_b，第五开关S_cp与第六开关S_cn并联连接于三相电源的第三相U_c，第一开关S_ap、第三开关S_bp和第五开关S_cp的输出端并接在一起，第二开关S_an、第四开关S_bn和第六开关S_cn并接在一起；逆变级由6个IGBT晶体管构成，第一晶体管S_AP与第二晶体管S_AN并联后输出至永磁同步电机，第三晶体管S_BP与第四晶体管S_BN并联后输出至永磁同步电机，第五晶体管S_CP与第六晶体管S_CN并联后输出至永磁同步电机，第一晶体管S_AP、第三晶体管S_BP和第五晶体管S_CP的集电极并接在一起，第二晶体管S_AN、第四晶体管S_BN和第六晶体管S_CN的发射极并接在一起，Z源网络包括相同的第一电感L₁和第二电感L₂，以及相同的第一电容C₁和第二电容C₂，第一电感L₁的前端连接第一开关S_ap的输出端，后端与第一晶体管S_AP的集电极相连，第二电感L₂的前端连接第二开关S_an的输出端，后端连接第二晶体管S_AN的发射极；第一电容C₁的两端分别连接第一电感L₁的前端和第二电感L₂的后端，第二电容C₂的两端分别连接第二电感L₂的前端和第一电感L₁的后端。

软启动模块包括三个相同的限流模块，三个限流模块分别安装在三相交流电的三个相线上，限流模块包括滤波电容C₄、滤波电容C₅、储能电容C₆，限流电阻R₄、耗能电阻R₅、可调电阻R₆、开关电路S；储能电容C₆、滤波电容C₅、可调电阻R₆并联跨接在相线和中线上，限流电阻R₄接在相线上且在储能电容C₅之前，滤波电容C₄、耗能电阻R₅串联后与开关电路S并联接在限流电阻R₄的两端。

有益效果：

1、由于在系统中加入了软启动模块，将接通电源时的瞬时电压对系统的损害降到了最低，从而保障了系统的使用寿命以及安全性。

2、采用了以Z源网络为核心的Z源矩阵变换器作为整个系统的逆变部分，解决了传统的智能功率模块以及普通矩阵变换器的电压传输效率不够的问题。

附图说明

图1系统整体结构图。

图2 Z源变换器电路原理图。

图3限流模块电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步的说明：

如图1所示：本实用新型包括交流电源1、软启动模块2、Z源矩阵变换器3、永磁同步电机4、控制模块5、信号采集模块6和隔离驱动模块7。

交流电源1经过软启动模块2后接入Z源矩阵变换器3，最后输出至永磁同步电机4，信号采集模块6从永磁同步电机4采集到电压、电流、转速信号反馈到控制模块5；控制模块5分析采集到的电压、电流、转速信号后通过隔离驱动模块7控制Z源矩阵变换器3，形成一个闭环结构。

如图2所示：Z源矩阵变换器3由整流级301、Z源网络302与逆变级303依次连接而成，整流级301由6个双向开关构成，第一开关S_ap与第二开关S_an并联连接于三相电源的第一相U_a，第三开关S_bp与第四开关S_bn并联连接于三相电源的第二相U_b，第五开关S_cp与第六开关S_cn并联连接于三相电源的第三相U_c，第一开关S_ap、第三开关S_bp和第五开关S_cp的输出端并接在一起，第二开关S_an、第四开关S_bn和第六开关S_cn并接在一起；逆变级303由6个IGBT晶体管构成，第一晶体管S_AP与第二晶体管S_AN并联后输出至永磁同步电机，第三晶体管S_BP与第四晶体管S_BN并联后输出至永磁同步电机，第五晶体管S_CP与第六晶体管S_CN并联后输出至永磁同步电机，第一晶体管S_AP、第三晶体管S_BP和第五晶体管S_CP的集电极并接在一起，第二晶体管S_AN、第四晶体管S_BN和第六晶体管S_CN的发射极并接在一起，Z源网络302包括相同的第一电感L₁和第二电感L₂，以及相同的第一电容C₁和第二电容C₂，第一电感L₁的前端连接第一开关S_ap的输出端，后端与第一晶体管S_AP的集电极相连，第二电感L₂的前端连接第二开关S_an的输出端，后端连接第二晶体管S_AN的发射极；第一电容C₁的两端分别连接第一电感L₁的前端和第二电感L₂的后端，第二电容C₂的两端分别连接第二电感L₂的前端和第一电感L₁的后端。

其整流级调制策略与传统双级矩阵变换器类似，主要区别在于在Z源直通时要控制整流级开关中此时处于恒导通状态的双向开关关断，以使Z源电感充电。逆变级调制策略采用的是带直通零矢量分段SPVWM调制算法，Z源网络提高了矩阵变换器的电压传输比；当逆变级桥臂直通时，Z源网络电感对电流起到限流作用，Z源电容向电感充电。当桥臂断路时，电感电流通过Z源电容回路流通。三相Z源逆变器的Z源网络允许逆变级电路瞬时短路，提高了逆变器的输出电压，同时也避免了由死区时间所产生的输出电压波形畸变，克服了传统电压型逆变器输出电压低于直流输入电压等缺陷，在增加较少元件的同时，利用Z-源网络直通环节的升压特性以提高矩阵变换器的电压传输比。

三相Z源逆变器由于引入了Z源网络，将主变换电路和电源或者负载耦合在一起，这使得逆变桥臂能够允许瞬时短路即直通状态，三相Z源逆变器正是利用这种直通状态来升高逆变级电路的直流母线电压。

如图3所示：软启动模块包括三个相同的限流模块，三个限流模块分别安装在三相交流电的三个相线上，限流模块包括滤波电容C₄、滤波电容C₅、储能电容C₆，限流电阻R₄、耗能电阻R₅、可调电阻R₆、开关电路S；储能电容C₆、滤波电容C₅、可调电阻R₆并联跨接在相线和中线上，限流电阻R₄接在相线上且在储能电容C₅之前，滤波电容C₄、耗能电阻R₅串联后与开关电路S并联接在限流电阻R₄的两端。

当系统直接接通交流380V电压时,会对储能电容C₆产生很大的电流冲击,从而对系统造成损害,因此必须为主回路设置充电延时电路,即在储能电容前加一个限流电阻在系统启动时使电压逐步增加,待电容C₆电压达到稳态值的80％时,开关电路S闭合,限流电阻R₄被短路,从而完成主回路软启动的功能。另外,C₄为滤波电容,R₅为耗能电阻,此支路的作用是滤去电源中可能存在的交流电流分量；C₅也为滤波电容,其作用是滤去母线上的电压分量；R₆为可调电阻,其大小可调,作用是调节输入矩阵变换器中的电流,因为输入矩阵变换器内的电压恒为母线电压调节R₆便可以调节整个矩阵变换器的输入功率。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式的限制，本领域的技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.基于矩阵变换器的永磁同步电机驱动系统，它包括交流电源、软启动模块、Z源矩阵变换器、永磁同步电机、控制模块、信号采集模块和隔离驱动模块；

所述交流电源经过所述软启动模块后接入所述Z源矩阵变换器，最后输出至所述永磁同步电机，所述信号采集模块从所述永磁同步电机采集到电压、电流、转速信号反馈到所述控制模块，所述控制模块分析采集到的电压、电流、转速信号通过所述隔离驱动模块控制所述Z源矩阵变换器，形成一个闭环结构。

2.根据权利要求1所述的基于矩阵变换器的永磁同步电机驱动系统，其特征在于：所述Z源矩阵变换器由整流级、Z源网络与逆变级依次连接而成，所述整流级由6个双向开关构成，第一开关S_ap与第二开关S_an并联连接于三相电源的第一相U_a，第三开关S_bp与第四开关S_bn并联连接于三相电源的第二相U_b，第五开关S_cp与第六开关S_cn并联连接于三相电源的第三相U_c，所述第一开关S_ap、所述第三开关S_bp和所述第五开关S_cp的输出端并接在一起，所述第二开关S_an、所述第四开关S_bn和所述第六开关S_cn的输出端并接在一起；所述逆变级由6个IGBT晶体管构成，第一晶体管S_AP与第二晶体管S_AN并联后输出至永磁同步电机，第三晶体管S_BP与第四晶体管S_BN并联后输出至永磁同步电机，第五晶体管S_CP与第六晶体管S_CN并联后输出至永磁同步电机，所述第一晶体管S_AP、所述第三晶体管S_BP和所述第五晶体管S_CP的集电极并接在一起，所述第二晶体管S_AN、所述第四晶体管S_BN和所述第六晶体管S_CN的发射极并接在一起；所述Z源网络包括相同的第一电感L₁和第二电感L₂，以及相同的第一电容C₁和第二电容C₂，所述第一电感L₁的前端连接所述第一开关S_ap的输出端，后端与所述第一晶体管S_AP的集电极相连，所述第二电感L₂的前端连接所述第二开关S_an的输出端，后端连接所述第二晶体管S_AN的发射极；所述第一电容C₁的两端分别连接所述第一电感L₁的前端和所述第二电感L₂的后端，所述第二电容C₂的两端分别连接所述第二电感L₂的前端和所述第一电感L₁的后端。

3.根据权利要求1所述的基于矩阵变换器的永磁同步电机驱动系统，其特征在于：所述软启动模块包括三个相同的限流模块，三个所述限流模块分别安装在三相交流电的三个相线上，所述限流模块包括滤波电容C₄、滤波电容C₅、储能电容C₆，限流电阻R₄、耗能电阻R₅、可调电阻R₆、开关电路S；所述储能电容C₆、所述滤波电容C₅、所述可调电阻R₆并联跨接在相线和中线上，所述限流电阻R₄接在相线上且在所述储能电容C₅之前，所述滤波电容C₄、所述耗能电阻R₅串联后与所述开关电路S并联接在所述限流电阻R₄的两端。